JP4266453B2 - Biological light measurement device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体光計測装置に関し、特に、生体の体表形状に沿った生体通過光強度画像の生成に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、生体内部を簡便且つ生体に害を与えずに計測する装置が臨床医学及び脳科学等の分野で切望されていた。この要望に対し、可視から赤外の波長の光を生体に照射し、生体を通過した光を検出することで生体内部を計測する装置が、例えば、特開平9−98972公報(以下、「文献1」と記す)もしくは特開平9−149903公報(以下、「文献2」と記す)に記載されていた。
【0003】
これらの文献に記載の「生体光計測装置」は、異なる変調周波数の光を発生させる変調半導体レーザと、発生された光を生体に誘導し異なる位置に照射する照射用光ファイバと、生体を通過した光を集光しフォトダイオードに誘導する検出用光ファイバと、照射用及び検出用光ファイバの先端部分を生体の所定位置に固定させる計測プローブと、フォトダイオードから出力される生体通過強度を表す電気信号(以下、「生体通過強度信号」と記す)から波長及び照射位置に対応する反射光強度をそれぞれ分離するロックインアンプと、ロックインアンプの出力をデジタル信号に変換するA/D変換器と、A/D変換後の生体通過強度信号から計測点毎の酸化及び還元ヘモグロビン濃度の相対変化量を計算し、この相対変化量を生体通過強度画像(トポグラフィ画像)として表示する表示装置とから構成されていた。
【0004】
この従来の生体光計測装置では、照射用光ファイバ及び検出用光ファイバを固定するプローブホルダと称される固定部材が計測プローブに形成されており、この計測プローブ上におけるプローブホルダ位置を基準としてトポグラフィ画像を生成し表示していた。すなわち、従来の生体光計測装置では、計測プローブに配置される照射用及び検出用光ファイバの二次元平面上における取り付け位置に基づいてトポグラフィ画像を生成し、生体の計測部位を模した二次元平面像上にトポグラフィ画像を位置合わせし、二次元平面像と共にトポグラフィ画像を同一表示領域内に表示させていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
従来の生体光計測装置では、例えば、頭部を計測部位とした場合には、脳内のヘモグロビン変化の活性化状態及び局所的な脳内出血の測定等が可能であった。しかしながら、従来の生体光計測装置では、ヘモグロビン変化等が脳のどの領域で生じたものかを容易且つ正確に特定することができないという問題があった。
【0006】
すなわち、従来の生体光計測装置では、例えば脳の中心溝等のように、計測部位の目安となる画像をトポグラフィ画像に投影させることによって、ヘモグロビンの変化領域を特定していた。このときの目安となる画像とトポグラフィ画像との位置合わせは、計測プローブの装着状態に基づいて検者が目安となる画像をトポグラフィ画像に投影させていたので、ヘモグロビン変化等が脳のどの領域で生じたものかを容易に把握することができなかった。
【0007】
本発明の目的は、三次元的に配置される光照射位置及び光検出位置とトポグラフィ画像との位置関係を明確にすることが可能な技術を提供することにある。
【0008】
本発明の他の目的は、計測部位におけるヘモグロビン量の変化量及び変化領域を容易に把握することが可能な技術を提供することにある。
【0009】
本発明のその他の目的は、診断効率を向上することが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
(1)複数の光照射位置から被検体に対し光を照射する手段と、前記複数の光照射位置から照射され、前記被検体内部を通過した光を前記複数の光照射位置近傍に設置された複数の検出位置で検出する光検出手段と、前記光検出手段で検出された検出位置毎の光量を用いて前記被検体内部の生態情報を表わすトポグラフィ画像を作成する信号処理手段とを備えた生体光計測装置において、前記信号処理手段は、前記光照射位置及び光検出位置と前記被検体に設けられた基準点との位置関係を表わす三次元座標データを設定する手段と、前記三次元座標データに基づいて三次元トポグラフィ画像を作成する手段と、前記光照射位置及び光検出位置との位置関係を示す前記三次元座標データと前記被検体の三次元形態画像の三次元座標データとを合わせて前記三次元トポグラフィ画像と前記形態画像との合成画像を作成し表示する手段とを含むことを特徴とする。
【0011】
(2)前記(1)の生体光計測装置において、前記信号処理手段は、さらに前記三次元形態画像において前記被検体の表面から所定の深さの内部に前記三次元トポグラフィ画像を配置する手段を含むことを特徴とする。
【0012】
(3)前記(1)の生体光計測装置において、さらに前記被検体の三次元形態画像データを入力する手段を含むことを特徴とする。
【0013】
(4)前記(1)の生体光計測装置において、前記信号処理手段は、前記形態画像として、前記被検体のワイヤーフレーム画像を作成する手段を含むことを特徴とする。
【0014】
(5)前記(1)の生体光計測装置において、前記形態画像は断層画像を含むことを特徴とする。
【0015】
(6)前記(5)の生体光計測装置において、前記形態画像はCT画像を含むことを特徴とする。
【0016】
(7)前記(5)の生体光計測装置において、前記形態画像はMRI画像を含むことを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、発明の実施の形態(実施例)とともに図面を参照して詳細に説明する。
なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0020】
《全体構成》
図1は本発明の一実施の形態である生体光計測装置の概略構成を説明するための図であり、1は光源部、2は光モジュール、3は発振部、8は照射用光ファイバ、9は測定対象、10は検出用光ファイバ、11はフォトダイオード、12はロックインアンプモジュール、16はA/D変換器、17は制御手段、18は記録手段、19は処理手段(画像生成手段)、20は表示手段、21は三次元位置検出手段(計測手段)を示す。ただし、制御手段17及び処理手段19における計測値の処理、並びに三次元位置検出手段21を除く他の構成は、周知の手段及び機構を用いる。
【0021】
本実施の形態では、測定対象9として例えば人体の頭部の皮膚表面から光を照射し、頭部の皮膚表面で検出された通過光から脳機能を画像化する場合を、計測チャンネルの個数すなわち計測位置が12の場合について説明する。もちろん、本発明は測定対象9として人体以外の生体及び頭部以外の他の部位あるいは生体以外にも適用可能である。また、光照射位置及び光検出位置の数を増減させることにより、計測チャンネルの個数すなわち計測位置を増減させることが可能であり、計測領域を拡大・減少あるいは変形させることも可能となる。
【0022】
図1において、光源部1は4個の光モジュール2から構成されている。各光モジュール2は、可視から赤外の波長領域中で複数の波長、例えば780nm及び830nmの二波長の光をそれぞれ放射する2個の図示しない半導体レーザから構成されている。これらの二波長の値は、780nmと830nmとに限定されるものではなく、また、波長数も二波長に限定されるものではない。この光源部1については、半導体レーザの代わりに発光ダイオードを用いてもよい。この光源1に含まれる全ての半導体レーザである8個の半導体レーザは、それぞれ発振周波数の異なる図示しない発振器で構成される発振部3により、それぞれ変調される。ただし、この変調として、本実施の形態では正弦波によるアナログ変調の場合を示すが、これに限定されることはなく、それぞれ異なる時間間隔の矩形波によるデジタル変調を用いてもよい。また、光モジュール2には、各半導体レーザを駆動する図示しない駆動回路と、それぞれの半導体レーザから放射された780nm及び830nmの波長の光を1本の光ファイバ(照射用光ファイバ8)に導入させる図示しない光ファイバ結合器とが備えられている。
【0023】
従って、光源部1から放射される二波長光を混合した光は、各光モジュール2にその一端が接続される4本の照射用光ファイバ8で誘導され、他端である先端部分から測定対象9に照射される。このとき、各照射用光ファイバ8の他端側は図示しない計測プローブに固定され、それぞれ異なる位置に光を照射する。ただし、本実施の形態では、照射用光ファイバ8及び検出用光ファイバ10の先端部分は、交互に正方格子上に配置される。なお、計測プローブの詳細については、例えば、文献2に記載される。
【0024】
頭部内を通過した光すなわち生体通過光は、図示しない計測プローブに一端が固定された5本の検出用光ファイバ10でそれぞれ集光され、各検出用光ファイバ10の他端に接続される光検出器であるフォトダイオード11で検出される。このフォトダイオード11としては、高感度な光計測が実現可能な周知のアバランシェフォトダイオードが望ましい。また、光検出器としては、光電子増倍管等の光電変換素子ならば他のものでもよい。
【0025】
これらのフォトダイオード11で生体通過光は電気信号(以下、「生体通過光強度信号」と記す)に変換された後、変調信号の選択的な検出回路である例えば複数のロックインアンプから構成されるロックインアンプモジュール12で、照射位置且つ波長に対応した変調信号が選択的に検出される。このとき、ロックインアンプモジュール12から出力される変調信号は、波長及び照射位置に対応する生体通過強度信号にそれぞれ分離されたものである。ただし、本実施の形態では、二波長の光を用いて12個の計測位置での計測を行うので、計測すべき信号数は24となる。従って、本実施の形態のロックインアンプモジュール12では、合計24個の図示しないロックインアンプを用いる。ただし、デジタル変調を用いた場合には、変調信号検出としてデジタルフィルタもしくはデジタルシグナルプロセッサを用いることが可能である。
【0026】
ロックインアンプモジュール12からアナログ出力される生体通過光強度信号は、24チャンネルのA/D変換器(アナログデジタル変換器)16によりそれぞれデジタル信号に変換される。それぞれのデジタル信号は、波長及び照射位置毎の生体通過光強度信号である。
【0027】
以上に説明した計測動作は、従来の生体光計測装置による計測動作と同じであり、この計測動作は制御手段17により制御されている。また、以下に説明する本実施の形態の生体光計測装置に固有の計測信号処理動作についても、制御手段17により制御される。
【0028】
本実施の形態の生体光計測装置に固有の計測として、測定対象9に対する生体光計測の開始前あるいは終了後に、三次元位置検出手段21によって測定対象9の外形形状を特定するために必要となる個所(以下、「基準位置」と記す)の三次元位置計測、並びに照射用光ファイバ8及び検出用光ファイバ10と測定対象9との接触位置(以下、「プローブ位置」と記す)の三次元位置計測を行う。具体的には、基準位置として、次の5点の基準点を測定する。左耳位置、右耳位置、鼻のくぼみ位置(ナジオン)、後頭部(イニオン)の位置である。次に、プローブ位置を全てのファイバーに指定されたチャンネルの順番で測定する。ここで得られたプローブ位置の座標データを、先に特定した基準点からの座標に変換することで、基準位置とプローブ位置との位置関係が明らかになる。計測された基準位置及びプローブ位置は、記録手段18に記録される。ただし、三次元位置検出手段21としては、例えば、「渡辺英寿:“ニューロナビゲータ現状と将来”,先端医療,Vol.5,No.2,pp76−78,1998」に記載のニューロナビゲータと称される位置検出手段を用いることによって実現可能である。
【0029】
一方、デジタル信号に変換された生体通過光強度信号は、記録手段18で記録される。記録手段18に記録された生体通過光強度信号は処理手段19に読み出され、該処理手段19において、生体通過光の計測位置毎に、生体通過光強度信号から求められる脳活動に伴う酸素化ヘモグロビン濃度変化及び脱酸素化ヘモグロビン濃度変化、さらには血流量に対応するヘモグロビン濃度総量を示すトポグラフィ像が計算される。ただし、このときの各光ファイバ間の距離は、各光ファイバを測定対象9に固定させる計測プローブでの間隔である30mmが使用される。次に、処理手段19は記録手段18からプローブ位置の三次元位置情報を読み出し、このプローブ位置情報に基づいて、処理手段19は各計測位置における光ファイバ間の距離を計算する。次に、計算によって得られた計測時における三次元空間における光ファイバ間の距離で酸素化ヘモグロビン濃度変化及び脱酸素化ヘモグロビン濃度変化並びにヘモグロビン濃度総量を示すトポグラフィ像を補正し、該補正値を複数の計測位置での経時情報として表示手段20の表示画面上に表示させる。このとき、本実施の形態の生体光計測装置では、処理手段19は記録手段18から測定対象9の外形形状の三次元情報である基準位置の情報を読み出し、この基準位置の情報に基づいて、処理手段19は測定対象9の外形形状をその輪郭と複数の楕円とで示す像であるワイヤーフレーム像として生成し、補正後の酸素化ヘモグロビン濃度変化及び脱酸素化ヘモグロビン濃度変化並びにヘモグロビン濃度総量を示すトポグラフィ像と一緒に表示手段20の表示画面上に表示させる。さらには、処理手段19はトポグラフィ像と一緒に照射用光ファイバ8及び検出用光ファイバ10と測定対象9との接触位置を表示面上に表示させる。これによって、三次元的に表示されるトポグラフィ像と照射位置及び検出位置との位置関係を明確にすることができる。従って、計測部位におけるヘモグロビン量の変化量及び変化領域を正確に特定することができる。その結果として、検者の診断効率を向上させることが可能となる。なお、各計測位置の生体通過光強度信号から酸素化及び脱酸素化ヘモグロビン濃度変化並びにヘモグロビン濃度総量を計算する方法については、文献1及び文献2に記載されているので、詳細な説明は省略する。
【0030】
次に、図2に本実施の形態の処理手段での生体通過光強度画像の生成動作の詳細を説明するための図を示し、以下、図2に基づいて、処理手段19におけるトポグラフィ像の生成手順を説明する。ただし、以下の説明は、従来の生体光計測装置における処理手段と動作が異なる生成動作についてのみ説明する。
【0031】
本フローの開始は、図示しない入力手段からのトポグラフィ画像の生成指示であり、具体的には、トポグラフィ画像の生成指示に基づいて制御手段17が処理手段19に出力するトポグラフィ画像の生成開始指示である。このとき、制御手段17は、頭部形状に係わる三次元位置情報201、並びに照射用及び検出用光ファイバ8,10と測定対象9との接触位置に係わる三次元位置情報202を、記録手段18から処理手段19に出力させるための指示がなされる。ただし、三次元位置情報201は、測定対象9の外形形状を特定するために計測された全ての基準位置の座標情報である。
【0032】
処理手段19は、まず、測定対象9の計測部位である頭部の形状を計測した三次元位置情報201から頭部の三次元ワイヤーフレーム画像を生成する。具体的には、基準位置として測定した5点(左耳位置、右耳位置、鼻のくぼみ位置(ナジオン)、後頭部(イニオン))の座標を用いて、XYZ座標系による放物線近似を行うことによって、頭部形状のワイヤーフレーム画像を生成する。
【0033】
次に、処理手段19は、照射用及び検出用光ファイバ8,10の先端部分と測定対象9との接触位置に係わる三次元位置情報202である光照射位置(照射位置)及び光検出位置(集光位置)の三次元位置情報に基づいて、計測部位である頭部の三次元フレーム像を生成(構成)する(ステップ203)。この後、処理手段19は、生成された三次元フレーム像上における光照射位置及び光検出位置を特定し、プロットする(ステップ204)。次に、処理手段19は、従来と同様の手順、すなわち、光照射位置と光検出位置との距離が全て設計距離である30mmとして、トポグラフィ像を生成する(ステップ205)。このステップ205では、例えば、図3に示すように、頭部に合わせて光照射位置及び光検出位置が間隔30mmで正方格子状に配列されているものとし、それぞれ隣接する光照射位置と光検出位置との中間位置である12個の計測位置において、脳に対する刺激が加えられていない時と脳に刺激が加えられている時との酸素化ヘモグロビン濃度変化及び脱酸素化ヘモグロビン濃度変化並びにヘモグロビン濃度総量の変化を求める。次に、各計測位置におけるこれらヘモグロビン濃度変化の値を、例えば、3次スプライン補間により画像化し、この画像をトポグラフィ像とする。なお、ヘモグロビン濃度変化の値から3次スプライン補間によりトポグラフィ像を得る時の詳細については、文献1及び文献2に記載されているので、詳細な説明は省略する。
【0034】
次に、処理手段19は、読み込んだ光照射位置及び光検出位置202からそれぞれ隣接する光照射位置及び光検出位置の三次元空間における距離dを各計測位置毎に計算する。このとき本実施の形態では、計測位置数は12個となるので、計算によって算出された光照射位置及び光検出位置の三次元空間における距離dも12個となる。次に、処理手段19は、補正前のトポグラフィ像である二次元の光照射位置及び光検出位置に基づいたトポグラフィ像Hb data(original)を下記の式(1)に従って補正し、補正後のトポグラフィ像である三次元の光照射位置及び光検出位置に基づいたトポグラフィ像Hb data(new)を生成する(ステップ206)。具体的には、3次スプライン補間によって得られたトポグラフィ像の各画素毎の画素値を、その画素に最も近い計測位置の距離dで補正する。なお、このときの補正は、前述するように、下記の数1に従う。
【0035】
【数1】
Hb data(new)=Hb data(original)×Distance ・・・(1)
ただし、Distance=d/30
次に、処理手段19は、補正後のトポグラフィ像をステップ203で生成したワイヤーフレーム像に沿ったトポグラフィ像に変換する。具体的には、トポグラフィ像を構成する各画素の画素値を、頭部ワイヤフレーム座標に合わせて3次元マッピング補間を行うことにより、三次元トポグラフィ像画像へ変換する。
【0036】
この後に、処理手段19は、ワイヤーフレーム像にトポグラフィ像を重ねた三次元像を生成し、その三次元像を図示しない入力手段から指示された視点位置から見た二次元の画像(以下、「三次元的トポグラフィ像」と記す)に変換し、表示手段20の表示面上に表示させ(ステップ207)、終了となる。従って、実施の形態1の生体光計測装置では、計測対象9のワイヤーフレーム像に沿ったトポグラフィ画像を生成することができる。
【0037】
図4は本実施の形態の表示手段に表示された三次元的トポグラフィ像の一例を示す図である。ただし、本実施の形態の生体光計測装置では、刺激によるヘモグロビン濃度変化量の小さい領域を青色で示し、濃度変化量の大きい領域を赤色で示し、その中間部分を青色と赤色との中間色で表示するようにしている。しかしながら、図4ではヘモグロビン濃度変化の様子が分かるようにするために、赤色及び青色部分をそれぞれディザ表示としている。
【0038】
図4において、401は測定対象9のワイヤーフレーム像、402はヘモグロビン濃度変化量が小さい領域、403はヘモグロビン濃度変化量が大きい領域を示す。また、ワイヤーフレーム像401に重ねて表示される数字は、計測位置のチャンネル番号すなわち光照射位置及び光検出位置を示す。
【0039】
図4から明らかなように、本実施の形態の生体光計測装置では、計測結果である三次元トポグラフィ像と共に、この三次元トポグラフィ像上に光照射位置及び光検出位置の表示を行うことができるので、照射用光ファイバ及び検出用光ファイバと測定対象9との接触位置を正確に把握することが可能となる。その結果、測定対象9のどの位置でヘモグロビン濃度がどのように変化しているかを容易に把握することが可能となり、診断効率を向上させることができる。
【0040】
さらには、本実施の形態の生体光計測装置では、測定対象9の測定部位の表面形状を模したワイヤーフレーム像401と共に、トポグラフィ像を表示させた三次元的トポグラフィ像表示を行うことが可能となるので、計測部位におけるヘモグロビン量の変化量及び変化領域を正確に特定することができる。その結果、診断効率をさらに向上することができる。
【0041】
以上説明したように、本実施の形態の生体光計測装置では、それぞれが平行でないX軸、Y軸及びZ軸で三次元空間に配置される測定対象9と光照射位置及び光検出位置とを特定する三次元位置検出手段21を備え、該三次元位置検出手段21によって計測した計測部位の外形形状と光照射位置及び光検出位置とに基づいて、計測部位の外形形状とトポグラフィ像と光照射位置及び光検出位置とを三次元空間内に形成した三次元トポグラフィ像を生成し、三次元トポグラフィ像を所望の視点位置から観察した三次元的トポグラフィ像を表示する構成となっている。従って、測定対象9の計測部位に対するヘモグロビン量の変化領域を正確に特定することが可能となる。その結果、検者は測定対象9の計測部位に対するヘモグロビン量の変化領域の特定が容易となるので、診断効率を向上することができる。
【0042】
また、本実施の形態の生体光計測装置では、計測部位に計測プローブを装着した状態で光照射位置及び光検出位置を計測することができる、すなわち、計測部位の外形形状と光照射位置及び光検出位置との位置関係を正確に計測することが可能となる。その結果、三次元的トポグラフィ像における計測部位の外形形状を示すワイヤーフレーム像401と、該ワイヤーフレーム像401と共に表示されるトポグラフィ像との位置ずれを最小限に抑えることができるという効果もある。
【0043】
なお、本実施の形態の生体光計測装置では、まず、計測時における光ファイバの設計間隔で各計測位置毎に酸素化及び脱酸素化ヘモグロビン濃度変化並びにヘモグロビン濃度総量を計算し、その後に、三次元計測された光ファイバ位置から計算された光ファイバ間隔で、各計測位置毎に酸素化及び脱酸素化ヘモグロビン濃度変化並びにヘモグロビン濃度総量を補正する構成としたが、これに限定されることはなく、例えば、まず、三次元計測された光ファイバ位置から計測時における光ファイバ間隔を計算し、この計算された光ファイバ間隔に基づいて、各計測位置毎に酸素化及び脱酸素化ヘモグロビン濃度変化並びにヘモグロビン濃度総量を計算してもよいことはいうまでもない。
【0044】
また、本実施の形態の生体光計測装置では、測定対象9の外形形状をワイヤーフレーム像としたが、これに限定されることはなく、例えば、測定対象9に対する計測点数を増やすことによって、例えばX線CT装置での三次元表示のように、測定対象9の表面モデルを作成し、この表面モデルを透視変換することによって得られる三次元的立体表示等でもよいことはいうまでもない。
【0045】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【0046】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
(1)三次元的に配置される光照射位置及び光検出位置とトポグラフィ画像との位置関係を明確にすることができる。
(2)計測部位におけるヘモグロビン量の変化量及び変化領域を容易に把握することができる。
(3)診断効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である生体光計測装置の概略構成を説明するための図である。
【図2】本実施の形態の処理手段での生体通過光強度画像の生成動作の詳細を説明するための図である。
【図3】従来と同様の処理手順による生体通過光強度画像の生成動作を説明するための図である。
【図4】本実施の形態の表示手段に表示された三次元的トポグラフィ像の一例を示す図である。
【符号の説明】
1…光源部、2…光モジュール、3…発振部、8…照射用光ファイバ、9…測定対象、10…検出用光ファイバ、11…フォトダイオード、12…ロックインアンプモジュール、16…A/D変換器、17…制御手段、18…記録手段、19…処理手段、20…表示手段、21…三次元位置検出手段、201…頭部形状に係わる三次元位置情報、202…照射用及び検出用光ファイバと測定対象との接触位置に係わる三次元位置情報、401…測定対象のワイヤーフレーム像、402…ヘモグロビン濃度変化量が小さい領域、403…ヘモグロビン濃度変化量が大きい領域。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a biological light measurement device, and more particularly to a technique that is effective when applied to the generation of a biological passing light intensity image along the body surface shape of a biological body.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an apparatus for measuring the inside of a living body simply and without causing harm to the living body has been eagerly desired in the fields of clinical medicine and brain science. In response to this demand, an apparatus for measuring the inside of a living body by irradiating the living body with light having a wavelength from visible to infrared and detecting the light passing through the living body is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-98972 (hereinafter referred to as “Document”). 1) or JP-A-9-149903 (hereinafter referred to as “
[0003]
The “biological light measurement device” described in these documents includes a modulated semiconductor laser that generates light of different modulation frequencies, an irradiation optical fiber that guides the generated light to the living body and irradiates it to different positions, and passes through the living body. Represents the detection optical fiber that collects the collected light and guides it to the photodiode, the measurement probe that fixes the tip portions of the irradiation and detection optical fibers to predetermined positions of the living body, and the living body passage intensity output from the photodiode A lock-in amplifier that separates reflected light intensity corresponding to a wavelength and an irradiation position from an electrical signal (hereinafter referred to as “biological passage intensity signal”), and an A / D converter that converts the output of the lock-in amplifier into a digital signal Then, the relative change amount of the oxidized and reduced hemoglobin concentration at each measurement point is calculated from the biological passage intensity signal after A / D conversion, and this relative change amount is calculated as the biological passage intensity image. It was composed of a display device for displaying a (topographic image).
[0004]
In this conventional biological light measurement device, a fixing member called a probe holder for fixing the irradiation optical fiber and the detection optical fiber is formed on the measurement probe, and the topography is based on the position of the probe holder on the measurement probe. An image was generated and displayed. That is, in the conventional biological light measurement device, a topographic image is generated based on the attachment positions on the two-dimensional plane of the irradiation and detection optical fibers arranged on the measurement probe, and the two-dimensional plane imitating the measurement part of the biological body The topography image is aligned on the image, and the topography image is displayed in the same display area together with the two-dimensional planar image.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As a result of examining the prior art, the present inventor has found the following problems.
In the conventional biological light measurement device, for example, when the head is used as a measurement site, it is possible to measure the activation state of hemoglobin change in the brain and local cerebral hemorrhage. However, the conventional biological light measurement device has a problem that it cannot easily and accurately specify in which region of the brain the hemoglobin change or the like has occurred.
[0006]
That is, in a conventional biological light measurement device, a hemoglobin change region is specified by projecting an image serving as a measure of a measurement site onto a topography image, such as the central groove of the brain. The position of the reference image and the topography image at this time is based on the wearing state of the measurement probe, and the examiner has projected the reference image onto the topography image. It was not possible to grasp easily what happened.
[0007]
An object of the present invention is to provide a technique capable of clarifying a positional relationship between a light irradiation position and a light detection position arranged three-dimensionally and a topography image.
[0008]
Another object of the present invention is to provide a technique capable of easily grasping the change amount and change region of the hemoglobin amount at the measurement site.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a technique capable of improving diagnostic efficiency.
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
(1) means for irradiating a subject with light from a plurality of light irradiation positions, and light irradiated from the plurality of light irradiation positions and passed through the inside of the subject is installed in the vicinity of the plurality of light irradiation positions A living body comprising light detection means for detecting at a plurality of detection positions, and signal processing means for creating a topographic image representing the biological information inside the subject by using the light amount at each detection position detected by the light detection means. In the optical measurement apparatus, the signal processing means includes means for setting three-dimensional coordinate data representing a positional relationship between the light irradiation position and the light detection position and a reference point provided on the subject, and the three-dimensional coordinate data. Means for creating a three-dimensional topography image based on the three-dimensional coordinate data indicating the positional relationship between the light irradiation position and the light detection position, and the three-dimensional coordinate data of the three-dimensional morphological image of the subject. Characterized in that it comprises a means for creating and displaying a composite image of the said form image and the three-dimensional topographic image Te Align.
[0011]
(2) In the biological optical measurement device according to (1) , the signal processing means further includes means for arranging the three-dimensional topography image within a predetermined depth from the surface of the subject in the three-dimensional morphological image. It is characterized by including.
[0012]
(3) The biological light measurement apparatus according to (1) , further including means for inputting three-dimensional morphological image data of the subject.
[0013]
(4) In the biological light measurement device according to (1) , the signal processing means includes means for creating a wire frame image of the subject as the morphological image.
[0014]
(5) In the biological light measurement device according to (1) , the morphological image includes a tomographic image.
[0015]
(6) In the biological light measurement device according to (5), the morphological image includes a CT image.
[0016]
(7) In the biological light measurement device according to (5), the morphological image includes an MRI image.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings together with embodiments (examples) of the invention.
Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment of the invention, and the repetitive description thereof is omitted.
[0020]
"overall structure"
FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of a biological light measurement device according to an embodiment of the present invention. 1 is a light source unit, 2 is an optical module, 3 is an oscillation unit, 8 is an irradiation optical fiber, 9 is a measurement object, 10 is a detection optical fiber, 11 is a photodiode, 12 is a lock-in amplifier module, 16 is an A / D converter, 17 is control means, 18 is recording means, 19 is processing means (image generation means) ), 20 indicates display means, and 21 indicates a three-dimensional position detection means (measurement means). However, the processing of the measurement values in the control means 17 and the processing means 19 and other configurations except for the three-dimensional position detection means 21 use known means and mechanisms.
[0021]
In the present embodiment, for example, when light is irradiated from the skin surface of the head of the human body as the
[0022]
In FIG. 1, the
[0023]
Therefore, the light mixed with the two-wavelength light emitted from the
[0024]
The light passing through the head, that is, the light passing through the living body is condensed by five detection
[0025]
The light passing through the living body is converted into an electric signal (hereinafter referred to as “biological passing light intensity signal”) by these
[0026]
The biological passage light intensity signal analog-output from the lock-in
[0027]
The measurement operation described above is the same as the measurement operation by the conventional biological light measurement device, and this measurement operation is controlled by the control means 17. Further, the measurement signal processing operation unique to the biological light measurement apparatus of the present embodiment described below is also controlled by the control means 17.
[0028]
As a measurement unique to the biological light measurement device of the present embodiment, it is necessary to specify the external shape of the
[0029]
On the other hand, the living body passage light intensity signal converted into the digital signal is recorded by the recording means 18. The living body passage light intensity signal recorded in the recording means 18 is read out by the processing means 19, and the processing means 19 performs oxygenation accompanying brain activity obtained from the living body passage light intensity signal for each measurement position of the living body passage light. A topographic image is calculated that shows the hemoglobin concentration change and deoxygenated hemoglobin concentration change, and further the total hemoglobin concentration corresponding to the blood flow. However, the distance between the optical fibers at this time is 30 mm, which is the distance between the measurement probes that fix the optical fibers to the measuring
[0030]
Next, FIG. 2 shows a diagram for explaining the details of the generation operation of the living body passage light intensity image in the processing means of the present embodiment. Hereinafter, the generation of the topography image in the processing means 19 based on FIG. Explain the procedure. However, in the following description, only the generation operation that is different from the processing means in the conventional biological light measurement device will be described.
[0031]
The start of this flow is a topography image generation instruction from an input means (not shown), and specifically, a topography image generation start instruction output from the control means 17 to the processing means 19 based on the topography image generation instruction. is there. At this time, the
[0032]
The processing means 19 first generates a three-dimensional wire frame image of the head from the three-
[0033]
Next, the processing means 19 includes a light irradiation position (irradiation position) and a light detection position (three-
[0034]
Next, the processing means 19 calculates a distance d in the three-dimensional space between the light irradiation position and the light detection position adjacent to the read light irradiation position and the
[0035]
[Expression 1]
Hb data (new) = Hb data (original) × Distance (1)
However, Distance = d / 30
Next, the processing means 19 converts the corrected topography image into a topography image along the wire frame image generated in
[0036]
Thereafter, the
[0037]
FIG. 4 is a diagram showing an example of a three-dimensional topography image displayed on the display means of the present embodiment. However, in the biological light measurement device of the present embodiment, a region where the hemoglobin concentration change amount due to stimulation is small is shown in blue, a region where the concentration change amount is large is shown in red, and an intermediate portion thereof is displayed in an intermediate color between blue and red Like to do. However, in FIG. 4, the red and blue portions are dithered in order to make it possible to see how the hemoglobin concentration changes.
[0038]
In FIG. 4, 401 is a wire frame image of the
[0039]
As is clear from FIG. 4, the living body optical measurement device of the present embodiment can display the light irradiation position and the light detection position on the three-dimensional topography image together with the three-dimensional topography image that is the measurement result. Therefore, it is possible to accurately grasp the contact position between the irradiation optical fiber and the detection optical fiber and the
[0040]
Furthermore, in the biological optical measurement device of the present embodiment, it is possible to perform a three-dimensional topographic image display in which a topographic image is displayed together with a
[0041]
As described above, in the biological light measurement device of the present embodiment, the
[0042]
Moreover, in the biological light measurement device of the present embodiment, the light irradiation position and the light detection position can be measured in a state where the measurement probe is attached to the measurement part, that is, the outer shape of the measurement part, the light irradiation position, and the light. It is possible to accurately measure the positional relationship with the detection position. As a result, there is an effect that the positional deviation between the
[0043]
In the biological optical measurement device of the present embodiment, first, oxygenated and deoxygenated hemoglobin concentration changes and total hemoglobin concentration are calculated for each measurement position at the design interval of the optical fiber at the time of measurement, and then the tertiary Although the optical fiber interval calculated from the original measured optical fiber position is configured to correct the oxygenated and deoxygenated hemoglobin concentration change and the total hemoglobin concentration for each measurement position, it is not limited to this. For example, first, the optical fiber interval at the time of measurement is calculated from the optical fiber position measured three-dimensionally, and based on the calculated optical fiber interval, the oxygenated and deoxygenated hemoglobin concentration change and Needless to say, the total hemoglobin concentration may be calculated.
[0044]
Further, in the biological light measurement device of the present embodiment, the outer shape of the
[0045]
The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment of the invention, but the invention is not limited to the embodiment of the invention and does not depart from the gist of the invention. Of course, various changes can be made.
[0046]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
(1) It is possible to clarify the positional relationship between the light irradiation position and the light detection position arranged three-dimensionally and the topography image.
(2) It is possible to easily grasp the change amount and change region of the hemoglobin amount at the measurement site.
(3) The diagnostic efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of a biological light measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining details of an operation of generating a biological-passage light intensity image by the processing unit of the present embodiment.
FIG. 3 is a diagram for explaining an operation of generating a biological-passage light intensity image according to the same processing procedure as in the prior art.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a three-dimensional topography image displayed on the display unit of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記信号処理手段は、前記光照射位置及び光検出位置と前記被検体に設けられた基準点との位置関係を表わす三次元座標データを設定する手段と、前記三次元座標データに基づいて三次元トポグラフィ画像を作成する手段と、前記光照射位置及び光検出位置との位置関係を示す前記三次元座標データと、前記被検体の三次元形態画像の三次元座標データとを合わせて前記三次元トポグラフィ画像と前記形態画像との合成画像を作成し表示する手段とを含むことを特徴とする生体光計測装置。 Means for irradiating the subject with light from a plurality of light irradiation positions; and a plurality of detections in which light irradiated from the plurality of light irradiation positions and passed through the inside of the subject is installed in the vicinity of the plurality of light irradiation positions A biological light measurement apparatus comprising: a light detection unit that detects a position; and a signal processing unit that creates a topographic image representing the biological information inside the subject using a light amount at each detection position detected by the light detection unit. In
The signal processing means includes means for setting three-dimensional coordinate data representing a positional relationship between the light irradiation position and the light detection position and a reference point provided on the subject, and three-dimensional data based on the three-dimensional coordinate data. The three-dimensional topography is formed by combining a means for creating a topography image, the three-dimensional coordinate data indicating the positional relationship between the light irradiation position and the light detection position, and the three-dimensional coordinate data of the three-dimensional morphological image of the subject. A biological light measurement device comprising means for creating and displaying a composite image of an image and the morphological image .
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